Voile et Electronique : Christian Couderc

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Fours à micro ondes en 12 et 24 volts

groupr frigo

Introduction
Précision sur les puissances
Vérification calorimétrique
Approche calorimétrique
Puissance en 220 volts
Convertisseur 12 volts
Utiliser un four spécial 12 V
Conclusion
Liens

Maj : 27/12/09

Abstract :
Microwave ovens are a major tool in every kitchen, because they are cheap, they cook food incredibly quickly and they heats from the interior, and only food not plastic boxes. They win their place in cruising boats, but installation is not so easy without nuclear electricity at home power plug.

Résumé :
Les fours à micro ondes sont un outil majeur dans chaque cuisine, parce qu’ils sont peu chers, qu’ils cuisent la nourriture incroyablement vite, et qu’ils chauffent l’intérieur, et seulement les aliments, pas les boîtes plastiques. Ils gagnent leur place dans les bateaux de croisière, mais l’installation n’est pas aussi facile sans l‘électricité nucléaire à la prise secteur domestique.

Introduction

Le four à micro-ondes est une retombée marginale des études sur le radar, qui ont montré que des ondes hyperfréquences, vers 2 GHz, échauffaient aussi les liquides (l'eau) placés dans le champ.
La production de masse des magnétrons a débouché sur les applications domestiques de la cuisson par micro ondes. Ce matériel est tellement entré dans les moeurs qu’il a sa place maintenant dans les bateaux de croisière. La consommation est toutefois très élevée, cela passe totalement inaperçu dans la cuisine qui dispose d’une inépuisable énergie nucléaire, mais cela est beaucoup plus compliqué à partir d’une misérable batterie. Il faudra réfléchir avant d’inviter ce vorace à notre bord.

Nous n’aborderons ici aucun des problèmes liés aux risques des micro ondes, fours ou téléphones, ni de la théorie des micro ondes, abondamment traitée sur le Net, l’approche sera purement énergétique.
Nous allons donc parler des différentes puissances du four, car cela demande quelques approfondissements.

Précision sur les puissances

Sur un four à micro-ondes une puissance est indiquée sur l’étiquette. Il s’agit d’une puissance commerciale. Avec toutefois moins d’inflation farfelue que pour les watts audio, la puissance réelle dépend des marques.
Un seul type de magnétron + alimentation peut être utilisé pour équiper une gamme de produits vendus sous différentes marques, qui seront marqués à des puissances commerciales très différentes des puissances absorbées et des puissances restituées. Les bas de gammes gonflent les puissances.

La puissance absorbée sur le secteur se mesure de manière triviale avec un banal wattmètre, ou sans aucun matériel en lisant le compteur EDF.

Il faudra faire une mesure simple pour connaître la vraie puissance restituée.

Vérification calorimétrique

La manipulation pour calculer la puissance réelle est facile par une banale comparaison calorimétrique.

Installez un récipient non métallique contenant un litre d’eau à température ambiante dans une boîte fermée isoterme. Mesurez la température de départ. Lancer le four pendant une minute en puissance maximum. Mesurez l’augmentation de température.
Exemple passage de 22°C à 38°C, soit un gain de 16°C en une minute.

Reprenez le même récipient isolé avec la même quantité d’eau à température ambiante. Utilisez une résistance chauffe-liquide (accessoire camping) dont vous aurez mesuré auparavent la puissance absorbée.
Exemple résistance marquée 150 W, testée sous 215 V à la prise (pertes dans la rallonge en fil fin) à 0.6 A, soit :
Puissance réelle = P=VI = 215 * 0.6 = 129 W
Pour diminuer les pertes et augmenter la précision il est préférable d’isoler au mieux le bol d.
Brancher et chronométrer pour mesurer le temps nécessaire pour obtenir le même écart de température.
Supposons que vous trouviez 8 minutes 20 secondes.
La puissance restituée par votre micro-onde (marqué 1000 W) sera donc 129 * 8.336 = 1075 watts.

Puissance restituée 1075 watts.

C’est un très bon résultat, supérieur à la valeur commerciale

Approche calorimétrique

Nous allons faire une estimation des valeurs calorimétriques de l'exemple précedent pour s'assurer que nos mesures ne sont pas stupides.

Par définition, la calorie est la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau de 14.5 °C à 15.5°C.
Nous ferons l'approximation que cela s'applique sur notre plage de températures.
La quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d' un litre d'eau de 16 °C sera donc de l'ordre de 16 kcalories.
1 calorie = 4.18 joules. Nous avons donc fourni une énergie 16 * 1000 * 4.18 = 67 kjoules.
L'énergie est le produit de la puissance par le temps E = P * t . Dans notre exemple, 67 kjoules en 60 secondes.
La puissance équivalente est donc de 67/60 soit environ 1100 watts.
Les erreurs de mesures et approximations cumulées donnent une erreur inférieure à 10% (y compris l'énergie absorbée par le récipient).

Cela peut paraître extraordinaire, la puissance réelle mesurée est supérieure à celle indiquée par le constructeur. Cela provient de diverses causes :
La précision des ces mesures rustiques mesures n’est que de quelques %
La puissance est donnée à 220 V, mais la tension EDF actuelle s’établit à 230 V
Le four testé est un haut de gamme, certains bas de gammes marqués aussi 1 kW sortent moitié moins...

Puissance absorbée en 220 volts

Si vous devez utiliser le four en basse tension au travers d’un convertisseur, il est impératif de connaître la puissance consommée, qui est la puissance restituée divisée par le rendement. Le moteur et l’ampoule ont une puissance négligeable.
La déception va être grande quand vous mesurerez le courant consommé réellement.
Pour un 1000 W commerciaux, la consommation sera de l’ordre de 8 A en 220 V, soit une puissance consommée de 220*8 = 1760 W.

Puissance consommée en 220 volts, 8 ampères = 1760 watts.

Le rendement réel semble donc très médiocre, 1075/1760 = 70 %, mais c’est une valeur normale.

Convertisseur 12 volts

Nous ne sommes pas au bout de nos peines car nous voulons alimenter le four en basse tension. Il faudra donc choisir un gros convertisseur, mais les puissances indiquées sont toujours optimistes un 2 kWatts sera donc à peine suffisant.
Par simplification, il sera question de puissances en "VA " (= volt * ampères) ou "W " (= watt), il s'agit de la mème chose.

Les meilleurs convertisseurs ont un rendement de 80 %, la consommation en 12 V sera donc de 1760 / 0.8 = 2200 W donc un courant de l’ordre de 200 ampères sous 12 volts, avec les pertes dans les câbles (il reste moins aux bornes !).
Cette puissance est de l’ordre de celle du démarreur, elle est donc énorme, cela a diverses conséquences.

Il faut évidemment monter le convertisseur au plus près de la batterie, avec de gros fils comme pour le démarreur, les plus courts possibles, avec de bonnes cosses bien soudées (voir la page détaillée).
Le relais de commande sera gros et cher, comme un relais de guindeau.

Il est simple de transporter 8 A sous 220 V pendant quelques mètres,
mais stupide de transporter 200 A en basse tension.

Une page est dédiée aux convertisseurs basse tension vers 220 V alternatif

Elle détaille des problèmes d’installation et les spécificités de ces gros et onéreux matériels.

Puissance consommée en 12 volts, 200 ampères = 2200 watts.

Ces consommations énormes, de l’ordre de 200 A sous 12 volts entrainent des contraintes évidentes.

Il est impensable de se brancher sur une batterie stationnaire de servitude de 100 Ah, prévue pour une décharge lente, elle serait détruite en quelques secondes.
Le branchement ne peut être fait que sur la batterie de démarrage moteur, et l’utilisation doit se faire moteur en marche accéléré, en le laissant tourner encore quelques minutes après l’arrêt du four. Attention de ne pas claquer l’alternateur, les modèles automobiles ne tiendraient pas le coup à de tels courants.

Utiliser un four spécial 12 ou 24 V

Il existe un créneau marketing ciblant les utilisateurs naïfs qui auraient peur de monter un « accessoire compliqué » (le convertisseur), et qui seront fascinés par la simplicité d’un four magique « prêt à brancher ».
Il n’y a évidemment aucune magie, c’est un matériel très ordinaire qui combine four+convertisseur, mais beaucoup plus cher que les mêmes éléments séparés.

Si le convertisseur est solidaire du four, il faudra donc tirer un énorme câblage à deux fils avec beaucoup de pertes.
La seule différence sera que ce matériel est fourni avec un interrupteur commandant le relais puissance, mais c’est bien cher payer pour un gadget. Pour des questions de prix de revient, le convertisseur est souvent sous dimensionné, le magnétron sous alimenté ne travaille pas à sa puissance nominale.
Le coupe-batterie sur convertisseur séparé sera bien plus rationnel avec un four grand public, le prix de l’ensemble sera inférieur au kit.

Conclusion

Si vous avez acheté un convertisseur sous dimensionné pour votre four, il ne faut pas s’imaginer qu’en choisissant un réglage à puissance plus faible, le problème sera résolu.
La puissance dépend du magnétron qui ne fonctionne qu’à un seul régime. Pour réduire la puissance, le magnétron est simplement alimenté en cycles avec des repos, cela ne résoudra donc pas le problème du convertisseur trop faible.
Il sera alors préférable de se rabattre sur un modèle de four moins puissant, mais attention de ne pas tomber dans les très bas de gammes.

Dans le budget global, le four coûte dix fois moins cher que le convertisseur !

Liens